电力电子与现代控制(电力电子线路及其触发控制)第三部分

-
-1
Vg2 ,Vg3 (T2 ,T3 )
-
(b)驱动信号生成电路
载波Vr：控制PWM周期的控制信号（三角波）； 调制波Vc：控制输出电压基波的控制信号；
2 载波比N：载波与调制波频率之比； t 调制比M：调制波与载波幅值之比。
T1与T2互补补通、 T3与T4互补补通、
vr为调制波 2 vc为对称的三角载波 t vr vc， T1、 T4通， vab VD
a
T2
D1 T3 ia Z
D2 T4
(a)电路
D3
b
D4
0
T1 T4
T 2 T3
R负载
t
ia
(c)电阻负载电流波形
T0 4
3T0 4
0
T0 2
T0 L负载
t
D 1 D4 T1 T4 D 2 D3 T 2 T3
控制方法：
ia
(d)电感负载电流波形
1、T1与T2；T3与T4信号反相（互补）。
0
D1 D4
T 1 T4
D2
D3
2
T 2 T3
RL负载 t
(e)阻感负载电流波形 iD
(b)等效电路
2、方波控制
0
t
T1-T4各导通180度； T1、T4同步；T2、T3同步。
(f)阻感负载输入电流波形
电压型单相逆变电路（方波控制）谐波特性
负载电压谐波特性
1
vab t
4VD sin(nt) n1,3,5, n
电压型单相逆变电路
理想单相逆变器的输出交流电压和电流波形
iO
2 整流
1 逆变
3
4
VO
逆变 整流
理想单相逆变器及其输出电压和电流波形
四象限运行区间
理想单相逆变器应允许输出电压和电流相位角0-360°可实现无源逆变功能。
根据电压和电流波形和能量流动关系，可将单相逆变器的运行分为4个运行区间，对 应四个象限。
幅值
0.5
总有效值Vab
2 T0
T0 0
2VD2dt
VD
0 1
3
5
7
9
11 13 15 17 19
谐波次数
基波有效值V1
4VD 2
22 VD
0.9VD
负载电压频谱
1
负载电流谐波特性
幅值
电感负载
阻感负载 电阻负载
电感和阻感负载电流谐波幅值相 0.5
对电压谐波衰减，谐波次数越大，
衰减越大。
原因：当电感量和电感端电压恒定 时，频率越大，感抗越大,电流越小。
3
4
VO
逆变 整流
运行区间
电压型单相逆变电路
电压型单相半桥式逆变电路
电压型单相半桥式逆变电路
拓扑与改进的双向buck电路相同（省略滤波器）
电压型单相逆变电路 电压型单相半桥式逆变电路的基本工作状态
1、当T+导通，T-关断时，Vo>0:
区间1：Vo>0;io>0 区间4：Vo>0;io<0 2、当T-导通时，T+关断时，Vo<0:
直流/交流逆变器
➢逆变器的类型 ➢电压型单相逆变电路工作原理
1、双极性SPWM控制 2、单极性SPWM控制 ➢电压型三相逆变电路工作原理 SPWM控制 ➢电流型逆变器电路的工作原理 ➢电压型多电平逆变电路
逆变器的类型
1、依据直流电源的特性不同可分为：电压型逆变器VSI 和电流型逆变器CSI
2、按输出电压不同可分为：CVCF、VVVF、脉冲型 3、按逆变器输出电平不同分为：两电平和多电平 4、按输出电源相数分为：单相、三相和多相。
vd vr- vc， T3导通，vb VD vd vr- vc， T4导通，vb 0
单相逆变电路的仿真（双极性和单极性SPWM调制）
Vd=300V，调制比M=0.8，载波比N=750/50=15 负载R=10欧姆，电感为20毫亨。
双极性SPWM
T1
Vd
a
T2
D1 T3
负载
ia
T0 4
3T0 4
0
T0 2
T0 L负载
t
D+ T+ D- T-
iO
(d)电感负载电流波形
0
D+ T+ D-
2
T-
RL负载 t
(e)阻感负载电流波形
电压型单相桥式逆变电路（H桥）工作原理
Vab
Vd
驱动 T1 T4
驱动 T1 T4
（方波控制）
0
驱动 T2 T3
t
iD
ia
(b)负载电压 -Vd
T1
VD
0
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19
谐波次数
负载电流频谱
电压型单相逆变电路的双极性SPWM控制
T1 VD
T2
Vcm Vrm
0
vab
VD 0
VD
D1 T3
D3
a
负载
ia
b
D2 T4
D4
N fc 9 fr
M Vrm
vc
Vcm
vr
3
2
2
2
v 调制波 r
v 载波 c
+
+
Vg
Vg1 ,Vg4 (T1 ,T4 )
+
C
Vd
A
T-
_
N
D+ iL
L
+
C
Biblioteka Baidu
VO
_
当iL<0时，等效为 单向boost电路
电压型单相逆变电路
改进的双向buck电路
将双向buck电路 拓扑输出负端从N 点变到O点，可以 实现双向电流和电 压输出。
+
T+
C
Vd
O
A
T-
_
N
D+ 滤波器
iO
L
+
D-
C
VO
_
改进的双向buck电路
iO
2 整流
1 逆变
双向buck电路
双向buck电路拓 扑由单向可控开关 T+、T-和二极管 D+、D-构成;可输 出双向电流和单向 电压。
电压型单相逆变电路
+
T+
C
Vd
A
T-
_
N
D+
iL
iO
L
+
D-
C
VO
_
双向buck电路
iO
2 整流
1 逆变
3
4
VO
逆变 整流
运行区间
+
T+
C
Vd
A
_
N
iL
L
+
D-
C
VO
_
当iL>0时，等效为 单向buck电路
4、当T-和T+都导通时，直流母线被短路。
禁止状态
电压型单相半桥式逆变电路工作原理 （方波控制）
控制方法 1、T+、T-信号反相(互补)；
2、T+、T-各导通180度；
方波控制
VO
Vd/2 驱动 T+
驱动 T+
0
驱动 T-
t
iO
(b)负载电压 -Vd/2
0
T+
T-
R负载
t
iO
(c)电阻负载电流波形
vr vc， T2、 T3通， vab VD
电压型单相逆变电路的单极性SPWM调制
Vd
vc
T1
a
T2
D1 T3
负载
ia
D2 T4
vr
D3
b
D4
vr
T1
T2 T3 T4
ua
ub
uab
正弦波Vr+ 三角波Vc
-1
+Vcc
+ A
-Vcc
+Vcc
+ B
-Vcc
T1
-1
T2
T3
-1
T4
T1与T2互补补通、 T3与T4互补补通、 vr- vr为调制波 vc为上下对称的三角载波 vr vc， T1导通，va VD vr vc， T2导通，va 0
等效为单刀双掷开关
区间2：Vo<0;io>0 区间3：Vo<0;io<0
电压型单相逆变电路
电压型单相半桥式逆变电路的基本工作状态
3、当T-和T+都关断时，Vo的方向取决于Io的方向；
控制系统无法直接控制 电压，除切换状态时， 一般尽量避免工作在此 状态。
当io>0时，Vo<0
当io<0时，Vo>0